Home  | Impressum | Datenschutz | Sitemap | KIT
Leiterin der Geschäftsstelle

Dr. Kirsten Hennrich

KIT Zentrum Klima und Umwelt
Gebäude 9675
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

E-Mail: kirsten hennrichPhf6∂kit edu

Telefon: +49 721 608 28592

Fax: +49  721 608 23949

Sparkassenpreis

Preisträger der 24. Ausschreibung des Sparkassenpreises

Dr.-Ing. Johannes Kraus

Herstellung von Leichtzuschlagstoffen aus Klärschlamm

Die Dissertation befaßt sich mit einem neuen Ansatz zur Klärschlammverwertung: Der Herstellung von Leichtzuschlagstoffen aus bis zu 100% Klärschlamm. Vorbild ist die seit Jahrzehnten großtechnisch betrie-bene Erzeugung von Blähton. Hierzu werden Tone eingesetzt, die entweder aufgrund ihrer Entstehung feinverteilte organische Bestandteile aufweisen oder denen separat Kohlemehl, (Alt)Öl oder ähnliche brennbare Stoffe zugegeben werden. Aus dem Rohmaterial werden Pellets geformt und diese einer thermischen Behandlung, bestehend aus Vorwärmung, Brennen und Kühlen, unterzogen. Beim Brennen werden die organischen Inhaltsstoffe, oxidiert und die Verbrennungsgase "blähen" die Pellets auf, da sie durch die gleichzeitige äußere Erweichung der mineralischen Matrix am Austritt behindert werden. Im Fall der Leichtzuschlagherstellung aus Klärschlamm übernimmt die Organik die Rolle der Blähgase, während der Glührückstand (Asche) die mineralische Sintermatrix zu Verfügung stellt. Die Arbeit befaßt sich eingangs mit der Thematik Klärschlamm und dessen Entsorgungsproblematik, wobei neben dem Stand der Technik auch eine Vielzahl weiterer Optionen dargestellt wird; daran an schließt sich ein Überblick über Baustoffe mit dem Schwerpunkt der Blähtonherstellung. Die Synthese dieser beiden Komplexe führt schließlich zu dem Konzept "PORODUR - Leichtzuschlagstoffe aus Klärschlamm", wobei in einer Literaturübersicht auch auf ähnliche Verfahrensentwicklungen, bei denen der Klärschlamm überwiegend als Zusatzkomponente für herkömmlichen Ton dient, eingegangen wird. Das postulierte Verfahrenskonzept wird in seinen Grundzügen (soweit das in Laborversuchen möglich ist) anhand verschiedener Klärschlämme mittels Brennversuchen verifiziert. Eluatuntersuchungen belegen, daß Schwermetalle gegenüber dem Originalschlamm deutlich besser eingebunden werden und das erzeugte Granulat darüber hinaus den Vergleich mit herkömmlichen Baustoffen nicht scheuen muß; dies belegen sowohl Versuche zur Auslaugbarkeit als auch bauphysikalische Eigenschaften des Produktes wie die Wasseraufnahme bzw. Rohdichte. Mit einer ausführlichen Energie- und Massenbilanz wird nachgewiesen, daß dieses Konzept (inklusive Trocknung) bei ausreichenden Entwässerungsgraden autotherm, d: h. ohne externe Wärmeenergie auskommt. Abgerundet wird die Darstellung mit einer ersten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, welche das Vorha-ben auch aus ökonomischer Sicht sinnvoll erscheinen läßt. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf weiter notwendige Bemühungen, will man das Verfahren aus den Kinderschuhen des Labors entwachsen sehen.

4.000 € für Dr.-Ing. Johannes Kraus - Dissertation

Dr. rer. Pol. Bernd Engels

Integrierte Logistik- und Verwertungsplanung beim Produktrecycling dargestellt am Beispiel von Gerätebatterien

Die auch heute noch in vielen Bereichen linear ausgerichtete Wirtschaftsweise (Beschaffung - Produktion - Nutzung - Beseitigung) ist aus ökologischen Gründen weder zukunftsfähig noch langfristig tragbar. In der Umweltpolitik wird daher eine nachhaltige, zyklische Wirtschaftsform, die sogenannte Kreislaufwirtschaft, angestrebt. In diesem Zusammenhang gewinnen die Rücknahme und Verwertung von Altprodukten durch geänderte rechtliche Rahmenbedingungen stetig an Bedeutung. Der Aufbau adäquater logistischer Strukturen erfordert integrierte Planungsansätze, die alle vernetzten Schritte der Entsorgungslogistik einbeziehen. Bei der Planung und Ausgestaltung der entsprechenden Entsorgungslogistik müssen dabei gleichermaßen technische, ökologische und ökonomische Gesichtspunkte berücksichtigt werden. In seiner Dissertation hat Dr. Engels am Fallbeispiel verbrauchter Gerätebatterien einen solchen Ansatz entwickelt und exemplarisch für Deutschland angewendet. Ein Schwerpunkt seiner Arbeit liegt hierbei zunächst auf der Standortplanung für Batteriesortieranlagen, die mit Hilfe eines modifizierten Warehouse-Location-Problems behandelt wird. Die Anwendung des Modells zur Standortplanung im Rahmen einer Szenarioanalyse zeigt zahlreiche Alternativen für den weiteren Aufbau und die Optimierung der Strukturen zur Batterierücknahme und -verwertung auf. Zudem wird in der Arbeit ein Analyse- und Bewertungsansatz zur Etablierung neuer Verwertungsoptionen für zinkhaltige Batterien, die den Großteil der über eine Milliarde jährlich in Deutschland in Verkehr gebrachten Batterien ausmachen, in der Eisen- und Stahlindustrie, insbesondere im Elektrolichtbogenofen, vorgestellt. Hierzu kommt ein verfahrenstechnisches Prozessmodell auf Basis eines Fließschemasimulationssystems zum Einsatz. Die Ergebnisse seiner Simulationsstudien zeigen, dass die Verwertung bestimmter, bisher deponierter Batteriefraktionen in Elektrolichtbogenöfen technisch machbar und ökologisch wie wirtschaftlich vorteilhaft ist. Die Dissertation trägt somit entscheidend dazu bei, dass sich mittelfristig dieser neue Verwertungsweg etablieren kann.

3.000 € für Dr. rer. Pol. Bernd Engels - Dissertation

Dipl.-Wi.-Ing. Gabriel Morin

Auslegung und Wirtschaftlichkeitsanalyse eines solarthermischen Kraftwerks auf der Basis von linearfokusierenden Fresnel-Kollektoren

Die Diplomarbeit befasst sich mit der technischen und wirtschaftlichen Untersuchung eines rein solaren Kraftwerks mit einer Leistung von 50 MW (Solar-Only-Kraftwerk). In Simulationsrechnungen war der Einfluss verschiedener wirkungsgradsteigernder technischer Maßnahmen beziehungsweise umgebungsbedingter Faktoren auf die Thermodynamik des Kraftwerks zu untersuchen. Auf den erarbeiteten Grundlagen war die Wirtschaftlichkeit des Solarkraftwerkes in Abhängigkeit von den Vergütungssätzen und den Stromerlösen zu beurteilen. Die Aufgabe entstand in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, der E.ON Engineering GmbH in Essen und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln. Es gelang Herrn G. Morin im Rahmen dieser Arbeit zu zeigen, dass auf der Grundlage von Strommarktdaten und der Einspeisegesetzgebung in Spanien eine interne Verzinsung des eingesetzten Kapitals für das 50MW-Kraftwerk von knapp 14 Prozent möglich sind. Damit scheint in absehbarer Zeit der wirtschaftliche Betrieb eines Solar-Only-Kraftwerkes realistisch.

2.000 € für Dipl.-Wi.-Ing. Gabriel Morin - Diplomarbeit

Dipl.-Ing. Gudrun Hillebrand

Coupling of near and far-field models für prediction of treated sewage effluent discharges into coastal ocean

Viele Küstenstädte leiten gereinigtes Abwasser von den Kläranlagen direkt in den Ozean. Um hierbei die Auswirkungen der noch vorhandenen, unvermeidlichen Restschadstoffe auf die Gewässerqualität zu bestimmen sind Computermodelle unumgänglich. Infolge der großen räumlichen und zeitlichen Bereiche, in denen sich die Stoffe z.B. entlang eines Küstenstreifens mit den vorherrschenden Strömungen und Gezeiten bewegen können ist die Anwendung eines einzigen Modells nicht möglich. Am IfH werden zur Zeit zwei Modelle betrieben und weiterentwickelt, die sich mit dieser Problematik befassen. Als Nahfeldprogramm (direkt nach der Einleitung, wo Einleitungsgeometrien und Ströme ein hohes Gewicht haben) wird das Modell Cormix angewandt. Als Fernfeldprogramm (zur Simulation der zeitlich und räumlich variablen Strömungen und Dichteänderungen) wird das Modell Delft3D von Delft Hydraulics angewandt. Frau Hillebrand hatte die Aufgabe, das Programm Delft3D, welches die Flachwassergleichungen auf einem 3-dimensionalen Gitter löst, bezüglich Möglichkeiten der Modellierung von Abwassereinleitungsprozesse zu untersuchen und zu testen. Das Programm, welches Pre- and Postprocessing beinhaltet wurde von Delft Hydraulics zur Verfügung gestellt. Sie musste anhand eines einfachen Beispieles (Abwassereinleitung in rechteckförmige Domain unter stationären Bedingungen) die Prozessbeschreibung und Analyse bei veränderten Parametern (Umgebungsparameter, Abwassereigenschaften und Charakteristika des Rechengebiets) analysieren. Die Ergebnisse der Variation der Einleitungs- und Umgebungsparameter, sowie der Gitterweite mussten mit Ergebnissen der Berechnungen mit dem Nahfeldmodell Cormix verglichen werden. Der Vergleich zeigt, dass das Fernfeldmodell tendenziell niedrigere Einschichtungshöhen, eine größere Dicke der Abwasserfahne, eine durch schwächere Dichteströmungen verursachte geringere Breite der Fahne und eine höhere Durchmischung des Abwassers mit dem Umgebungsfluid als das Nahfeldmodell liefert. Die Ergebnisse des Fernfeldmodells sind stark von der Gitterweite des Rechengitters abhängig. Auf der Basis dieser Vergleichsrechnungen werden Empfehlungen in Bezug auf das Koppeln von Nah- und Fernfeldmodellen ausgesprochen. Diese Empfehlungen sind bei zukünftigen Ingenieuranwendungen zur Planung von Einleitungen in Küsten- bzw. Seengewässer durch Ingenieurbüros sowie deren Überprüfung durch Umweltbehörden unersetzlich.

1.000 € für Dipl.-Ing. Gudrun Hillebrand - Diplomarbeit